| 研究課題/領域番号 |
25289361
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
二宮 善彦 中部大学, 工学部, 教授 (10164633)
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| 研究分担者 |
波岡 知昭 中部大学, 工学部, 准教授 (90376955)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 低品位炭 / 燃焼 / アルカリ金属蒸気 / 固体吸収剤 / 揮発性元素 |
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| 研究実績の概要 |
（１）ガス中のアルカリ金属蒸気を低減するための顆粒吸収剤の効果
吸収剤として顆粒カオリン（粘土鉱物）を使用し、石炭中の（Na+K）に対してモル比をA炭で1.4倍（石炭質量の10wt％）、B炭で1.2倍（石炭質量の5wt％）および2.4倍条件（石炭質量の10wt％）で行った。カオリンは45μm以下、45-105μm、106-150μm、150-250μm、250-500μmの粒径範囲の5種類を使用した。燃焼実験は1400℃、空気燃焼およびOxyFuel燃焼（28%酸素／二酸化炭素）で行った。本年度はアルカリ金属の捕集率が最も高いカオリン粒径：106-150μmの結果について詳細に検討した。カオリン粒子を添加することによって、PM1の発生量は添加しない場合に比べて質量で1/2～1/10に低下した。PM中のNa、K、Ca元素の占める割合も1/5～1/10に下がっており、燃焼場でカオリン粒子と反応し、この結果、ボトムアッシュへの移行割合の高くなったことが確認された。
（２）ガス中の揮発性元素の捕捉機構の解明
燃焼雰囲気下において発生した鉛および亜鉛蒸気が、排ガスの冷却過程において均一核生成および不均一核生成によって析出する過程を詳細に検討した。燃焼場に存在する模擬フライアッシュ粒子として、石灰石、酸化鉄およびアルミナ粒子を選び、表面への気相析出実験を行った。塩化揮発させたPbおよびZn蒸気は、冷却部を模擬した800、550、300℃の温度に設定した石英製円筒フィルター（模擬フライアッシュ粒子を充填）を通過させて析出させ、その表面の定性および定量分析を行った。冷却過程が非平衡状態であるため、生成物は硫酸塩、塩化物およびその混合物からなることをSEM-EDS分析から確認した。また、粒子表面層にはX線光電子分光（XPS）によって複合酸化物（Pb－Al－O）などの生成を確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
粒径範囲の異なる5種類の顆粒カオリンを2種類の石炭にそれぞれ添加して、燃焼実験を行った。石炭への添加率を変化させた実験も行い、燃焼時に発生するアルカリ金属蒸気などの吸収割合を測定し、低減効果を明らかにした。炉の燃焼温度は1400℃に設定し、炉の下部の冷却ゾーンでは、1400～800℃の温度範囲となっている。A炭およびB炭において、カオリン表面に石炭由来のアルカリ金属およびCa蒸気が吸収されてカオリン表面が溶融し、さらにフライアッシュ粒子の捕捉が確認された。平成26年度の主目標は達成されたと評価される。また、石英製ロータリーキルン反応装置を使用した実験においては、Pb, Zn、の析出に及ぼす模擬フライアッシュ共存下の影響も検討した。実験の進捗状況としてはやや遅れ気味ではあるが、論文発表など着実に成果は得られている。来年は精力的に実験などを行い、所定の成果が得られるように努める。
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| 今後の研究の推進方策 |
固体吸着剤として、カオリン（粘土鉱物）を使用してきたが、実用化を考えると異なった種類の粘土鉱物やアルミナシリケートを使用した実験も重要である。そこで、平成27年度は、異なった種類の粘土鉱物やアルミナシリケートを使用した実験を実施する。
また、固体粒子が存在する条件下でのガス中の揮発性元素の捕捉機構の解明においては、気相析出温度における共存ガスの影響を実験的に確かめる実験を継続的に実施する。この実験はフィルターにフライアッシュ成分である酸化鉄、酸化カルシウム、アルミナ微粉末を入れ、金属蒸気がこれらの充填物を通過したときに生成する化合物を同定し、蒸気の捕捉機構をさらに詳細に明らかにする。核生成温度が異なる揮発性元素として，Pb, Znなどを選び，共存ガス（SO2，HCl，H2O）による生成化合物の影響を明らかにすることにある。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験を遂行する上において、石炭灰の物性を測定することが必要となり、次年度に高温箱形電気炉を購入することにした。今年度の実験に支障を生じない範囲で、今年度の研究費の一部を次年度に繰り越した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度に高温箱形電気炉を購入する。
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